54. Кристаллическое состояние вещества. Химическая связь в кристаллах.

Твердые вещества могут находиться в аморфном или кристаллическом состояниях.

Вещества в аморфном состоянии не имеют четкой структуры, их иногда называют «переохлажденными жидкостями с аномально высокой вязкостью».

Кристаллические структуры.

Наименьшая структурная единица – элементарная ячейка. В зависимости от решеток и углов между характеристическими осями различают 7 основных видов (кубическая, ромбоэдрическая и пр.).

Тип кристаллической системы определяется природой и размерами частиц, видом химических связей между ними, температурой и другими факторами.

Многие соединения могут существовать в двух и более кристаллических структурах. Это явление – полиморфизм.

Все кристаллы можно разделить по видам химической связи. Стоит отметить, что существуют кристаллы со смешанными связями.

1. Молекулярная связь.

В узлах кристаллических решеток находятся молекулы, между которыми дейтсвуют вандерваальсовы силы, имеющие невысокую энергию.

Для кристаллов с молекулярными связями характерны низкие температуры плавления и высокая сжимаемость.

2. Ковалентная связь.

В узлах кристаллов располагаются атомы, образующие прочные ковалентные связи.

Это обуславливает высокую энергию решетки.

Кристаллы с ковалентной связью - диэлектрики или полупроводники. Типичными примеры: алмаз и кремний.

3. Ионная связь.

Структурные единицы – положительно и отрицательно заряженные ионы, между которыми происходит электростатическое взаимодействие, характеризуемое высокой энергией.

Кристаллы с ионной связью при низких температурах являются диэлектриками. При температурах близких к температуре плавления они становятся проводниками электричества.

4. Металлическая связь.

Специфические свойства металлов (высокая проводимость, теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск) можно объяснить особым типом связи – металлическая.

Во всех узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно движутся валентные электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны удерживают вместе положительные ионы, в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами.

5. Смешанная связь.

Тот или иной вид связи встречается редко, обычно – наложение двух или более связей.

55. Составные части системы и компоненты. Правило фаз.

Составные части системы – химически индивидуальные вещества, составляющие данную систему и способные к самостоятельному существованию.

В равновесной системе имеются 3 составных части.

Константа равновесия:

Если известны парциальные давления двух участников реакции, система определена.

Независимые компоненты – индивидуальные вещества, наименьшее число которых необходимо и достаточно для образования всех фаз системы.

Число независимых компонентов – разница между числом составных частей и числом связывающих уравнений.

В данном примере: 3-1=2.

Степени свободы – независимые переменные, которые можно произвольно менять, не нарушая состояния системы (числа и характера фаз).

Правило фаз позволяет определить число фаз в системе при равновесии и изменение этого числа при изменении какого-либо параметра.

С – число степеней свободы, К – компоненты, Ф – фазы.

Если и выражение

Пример. Определить кол-во фаз в системе

С=К-Ф+2=4-Ф. Максимальное число фаз=минимум С.